冬枣保鲜库恒温控制系统设计方案

1、冬枣保鲜库恒温控制系统设计方案III冬枣保鲜库恒温控制系统设计方案第一章绪论第一节冬枣保鲜库恒温控制系统概述本毕业设计的冬枣保鲜库恒温控制系统，是面向冬枣果农的小型保 鲜库。它以单片机为核心，利用其他温度检测元件和执行机构及时、 自动地对保鲜库进行温度控制，从而提高保鲜能力，延长保鲜时间， 带来更大的经济效益。该系统有键盘可以进行很方便地控制，实现以 下功能：被控温度设定，控制精度设定，对温度采样点的查询，并能 显示数据。由于是面向普通果农的，考虑果农的实际的可投资额，尽 量在不降低系统性能的前提下，采用价格低的元器件，降低了整个系 统的造价，节省投资。该系统采用8031单片机，下面对此做详细

2、介绍。第二节单片机的特点所谓单片机，就是把中央处理器CPU(Central Processing Unit)、 随机存取存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器(Read Only Memory )、定时器/计数器以及I/O (Input/Output )接口电路等主要 计算机部件，集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机 只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系统的含义。单片机的主要功能在于实现计算机控制，现在单片机的应用日益广 泛深入，诸如在仪器仪表，家用电器和专用装备的智能化，在过程控冬枣保鲜库恒温控制系统设计方案制方面单片机也扮演着越来越重

3、要的角色。单片机是微型机的一个分类，它的应用系统也包括硬件系统和软件 系统。硬件系统和微型机一样。软件系统只有监控程序和目标码的应 用程序。概括地说，单片机具有以下五个主要特点：受集成度限制，片内存储器容量较小。一般 ROM小于8K字节， RAM小于256字节，但可在外部进行扩展，通常ROM、RAM可分别扩展 至64K字节或128K字节。可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗干扰 优于一般的通用的CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易被 损坏；许多信号通道均在同一个芯片内，故可靠性高。易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件。芯片外部有 许多供扩展用的三总线及并行、串行输

4、入/输出管脚，很容易构成各种 规模的计算机应用系统。控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机指令系统 中均有极丰富的条件分支转移指令、I/O 口的逻辑操作及位处理功能。 一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处 理器。一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户 调试好的应用程序。第三节 单片机在冬枣保鲜库恒温控制系统中的应用单片机具有功能强、体积小、结构紧凑、性能/价格比高等优点， 因此很适合用于智能控制系统。在冬枣保鲜库恒温控制系统中，单片 机的应用主要有以下几点：系统控制与管理该系统的控制和管理由单片机进行，在测量过程中能够自动启动 信号采样，数据处理

5、完毕后，发出信号驱动执行机构动作，并对键盘 的命令及时响应、识别和处理。数据处理数据处理是计算机的独特功能，是其它各种仪器设备无法实现的。 在测量过程中，单片机承担了全部的计数、计时和数据处理任务，并 存储重要的设定值和精度值。第二章方案构思与选择方案构思与选择是本设计中十分重要的一环，是影响性能/价格的 主要因素。在进行方案构思与选择时，应考虑到如下几个方面的问题：采用新颖测量方法。首先必须选择最合适的测量原理，以充 分利用微机的运算和控制功能，从而简化其他硬件电路，提高测量精 度和仪器性能操作性要好。操作性好，包括两个方面含义，即使用方便和 维护容易。可靠性高。可靠性高是对系统设计最重要的

6、一个基本要求。价格要便宜。在满足精度、速度等同等条件下，尽可能采用 价格低的元器件，以降低整个系统的费用。第一节设计目的冬枣的保鲜期短，常温下仅能保鲜6-7天，超期则变软，失去经 济价值，为了提高市场竞争能力，需要延长保鲜期，故一个合适的保 鲜库是很重要的。既要满足保鲜的要求而且果农能负担得起投资，并 有较高的效益。有资料显示，保鲜库温度控制16 C以下，冬枣可贮存 1个月；用0.03mmPVE塑料袋包装，温度控制在0-1C，可贮存2个月。 因此，在计算机技术广泛应用的现在，我们不难设计一个以微处理器 为核心的数字式恒温控制系统，以对温度进行测量，这样不但测量结 果精确，而且可靠性高，控制及时

7、，价格便宜，使用起来灵活方便， 降低人工强度。由于此测量装置是以单片计算机8031为处理器，具有 工业上稳定和可靠的优点，因此具有适合恶劣的工作环境的特点。第二节设计要求在进行设计时把要实现的任务与功能合理的分配给硬件和软件。这 其中既要考虑到满足精确性、可靠性、实时性的要求，又要做到硬件 软件合理，尽可能地提高性能/价格比。硬件的设计主要采用大规模集成电路，软件的设计主要采用MCS 一 51汇编语言。第三节硬件的选择根据设计要求，本系统所要求的控制精度不是很高，所以在选择 硬件时选用了一些价格低廉性能基本符合要求的元器件。选用8031单片机、2764ROM、A/D转换器ADC0809、LED

8、显示电路和热敏电阻及声 光报警器等元器件达到设计要求。该系统的适时数据处理量不大，所 以没有选用外部RAM，A/D转换器也只是8位转换。在此控制系统中，应用8031最小系统对各采样点、设定值、精度值的温度及时、准确的储存和数据处理控制。通常的单片机应用系统 中，使用的显示器主要有LED （发光二极管显示器）和LCD （液晶显示 器）。由于只是对温度值进行显示，所以选择LED显示器进行数字显示 即可。对最主要的控制对象一一温度，采用四个热敏电阻分布式采样， 用A/D转换器ADC0809进行模/数转换。当系统发现被控温度异常时， 声光报警器及时发出信号。由于本次设计是理论设计，故对热敏电阻、 声光

9、报警器等没有具体指明是何种器件。第四节软件的设计由于温度对象是比较难控制的，滞后很大，而且保鲜库现场的环境 封闭性较高，因此在对温度的检测和控制上结合实际情况以方便编程 为主，对可能发生的环境温度进行测量和显示，并在温度异常时报警。 以负反馈控制理论为指导，当库内的温度与设定值的偏差在经过控制 算法计算后超过控制精度二倍的时候，发出控制信号，采取相应的升 温或降温手段，单片机不断地对四路采样信号进行采样和计算，在库 温与设定值还存在较小偏差时，停止升温或降温动作，防止调节过度。 软件设计的具体程序图和详细说明请参照第四章：冬枣保鲜库恒温控 制系统软件设计。第三章冬枣保鲜库恒温控制系统硬件电路介

10、绍冬枣保鲜库恒温控制系统硬件电路大体上可分为四个部分，即8031最小系统、热敏电阻温度传感部分、LED显示器、A/D转换器。 下面分别介绍这几部分的结构原理。第一节8031最小系统一、8031最小应用系统的构成8031是片内无程序存储器的供应状态芯片，因此其最小应用系统 必须在片外扩展EPROM。图3-1为外接程序存储器的最小应用系统。片外8K字节单元地址要求地址线13根（A0A12 ），它由P0 口和 P2.0P2.4组成。地址锁存信号为ALE。程序存储器的选取信号为邛SEN，由于程序存储器只有一片，故其 片选信号直接接地。8031芯片本身的连接除EA必须接地，表明选择外部存储器外， 还必须

11、有复位和时钟电路。8031单片机的基本组成二、P0 P1 P2 P3单片机的结构框图图 3-2 8031、INT0 INT1TxD RxD各部分介绍如下：中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。8031的CPU 能处理8位的二进制数或代码。内部程序存储器（内部RAM）8031芯片内部共有256个RAM单元，但其中后128个单元被专用 寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前 128个单元，用于存 放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器是指前 128单元， 简称内部RAM。内部程序存储器（内部ROM）8031内部没有专用的程序存储器，必须依靠外部芯片来扩展其程

12、序存储器。定时器/计数器8031共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能， 并以其定时或计时结果对计算机进行控制。并行I/O 口8031共有四个8位的I/O 口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并 行输入输出。串行口 8031单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和 其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工 异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。中断控制系统8031单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8031共有 5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。 全部中断分为高级和低级共二个优先级别。时钟电路8031芯片内部有

13、时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的最高晶振频率为12MHz。从上述内容可以看出，8031虽然是一个单片机芯片，但作为计算 机应该具有的基本部件它都包括，因此实际上它已是一个简单的微型 计算机了。三、8031的信号引脚8031是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请见图 3-3。1.信号引脚介绍P1.0 140VccP0.0P0.7 P0 口 8 位双向口线P1.1239P0.0P1.2338P0.1P1.0P1.7 P1 口 8 位双向口线P1.3437P0.2P2.0P2.7 P2 口 8 位双向口线P1.4536P0.3P1.563

14、5P0.4P3.0P3.7 P3 口 8 位双向口线P1.6734 P0.5ALE 地址锁存控制信号P1.7 833P0.6RST/VPD8751P0.7在系统扩展时，ALE用于控制把P3.0/RXD8051EA/Vpp， P3i/TxD 8031ALE/PROGP0 口输出的低8位地址送锁存器锁存Dy.zHNI 01229PSENP3.3/INT11328P2.711P3.4/T01427P2.6P3.5/T11526P2.5P3.6/WR1625P2.4起来以实现低位地址和数据的隔离。此外由于ALE是以晶振频率六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。PSEN

15、外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时PSEN有效，以实现外部ROM单元的读操作。EA 访问程序存储器的控制信号当EA信号为低电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。XTAL1和XTAL2 外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。Vss 地线Vcc +5V电源以上就是8031单片机芯片40引脚的定义及简单功能说明。2.信号引脚的第二功能由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的。例

16、如8031 系列把芯片引脚数目限定为40条，但单片机为实现其功能所需要的数 目却远远超过此数目，因此就出现了需要与可能的矛盾。如何解决这 个矛盾？“兼职”是唯一可行的办法，即给一些信号引脚赋以双重功 能。如果把前述的信号定义为引脚的第一功能的话，则根据需要再定 义的信号就是它的第二功能。下面介绍xx些信号引脚的第二功能。口线第二功能信号名称P3.0RxD串行数据接收P3.1TxD串行数据发送P3.2INT0外部中断0申请P3.3INT1外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通表3-1 P3 口

17、的第二功能（1）P3 口线的第二功能P3 口的8条口线都定义有第二功能，详见表3-1。（2）EPROM存储器程序固化所需要的信号有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门 的编程脉和编程电源，这些信号也是由信号引脚以第二功能的形式提 供的，即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）编程电压（25V）31脚（EA/Vpp）备用电源引入8031单片机的备用电源也是以第二功能的方式由9脚(RST/VPD) 引入的。当电源发生故障电压下降到下限值时，备用电源经此端向内 部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。以上把8031单片机的全部信号，分别以第一功能和第二功能的形

18、式给出。对于9、30和31各引脚，由于第一功能信号第二功能信号是计算机在 不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。但是 P3 口的情 况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此 在实际使用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的口线才以第 一功能的身份作数据位的输入输出使用。四、8031的复位工作方式8031单片机共有复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗 以及EPROM编程和校验等6种工作方式。这里只介绍复位方式。复位操作复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H， 使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之 外，当由于

19、程序运行出错或操作错误使系统进入死锁状态时，为了摆 脱困境，也需按复位键以重新启动。除了 PC之外，复位操作还对一些专用寄存器有影响，它们的复位 状态如下：PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP00HTL100HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIPXX 000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX 0000BTMOD00H复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响。复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时 间应持续24个振荡脉冲周期（即2个机器周期以上），若使用频率为 6MH

20、z的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内外两部分。外部电路产生的复位信号（RST）送史密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2 时刻对史密特触发器的输出进行采样。然后得到内部复位操作所需要 的信号。3.复位方式复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源 Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就 完成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中按键电平复位是通 过使复位端经电阻与Vcc电源接通实现的，而按键脉冲复位则是利用 RC微分电路产生

21、的正脉冲来实现的。五、8031的时钟电路在8031芯片内部有一个高增利益反相放大器，其输入端为芯片引 脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片外部，XTAL1和XTAL2之 间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这 就是单片机的时钟电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频后，才成为单片机 的时钟脉冲信号。一般电容C1和C2取30pF左右。晶体的振荡频率范围是 1.2MHz12MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运 转速度也就快。但反过来运行速度快对存储器的要求就高，对印刷板 的工艺要求也高（线间寄生电容要小）。8031在通常应用情况下，使用振

22、荡频率为6MHz的石英晶体，而12MHz主要是在高速串行通信的情 况下才使用。六、8031的定时器/计数器定时方法概述在单片机的应用中，可供选择的定时方法有：（1）软件定时软件定时是靠执行一个循环程序以进行时间延迟。软件定时的特点 是时间精确，且不需外加硬件电路。但软件定时需占用CPU从而增加CPU开销， 因此软件定时的时间不宜太长。此外软件定时方法在xx些情况下无法 使用。（2）硬件定时对于时间较长的定时，常使用硬件电路来完成。硬件定时方法的特点是定时功能完全由硬件电路完成，不占 CPU 时间。但通过改变电路中的元件参数来调节定时时间，在使用上不够灵活方便。（3）可编程定时器定时这种定时方法

23、是通过对系统时钟脉冲的计数来实现的。计数值通过 程序来设定，改变计数值，也就改变了定时时间，使用起来既灵活又方便。此外，由于采用计数方法来实现定时，因此可编程定时器都兼有计数功能，可以对 外部脉冲进行计数。在单片机应用中，定时与计数的需求较多，为了使用方便并增加单 片机的功能，就把定时电路集成在芯片中，称之为定时器/计数器。 8031单片机内部有两个定时器/计数器。定时器/计数器的定时计数功能作为基本内容，8031单片机共有两个可编程的定时器/计数器，分 别称定时器/计数器0和定时器/计数器1。它们都是16位加法计数结 构，分别由TH0和TL0及TH1和TL1两个8位计数器构成。8031的每个

24、定时器/计数器都具有定时和计数两种功能。（1）计数功能所谓计数是指对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表 示，因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。8031芯片有T0（P3.4）和 T1（P3.5）两个信号引脚，分别是这两个计数器的计数输入端。外部 输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1。计数方式下，单片机在每个机器周期的S5P2节拍对外部计数脉冲 进行采样。如果前一个机器周期采样为高电平，后一个机器周期采样 为低电平即为一个有效的计数脉冲。在下一机器周期的 S3P1进行计 数。可见采样计数脉冲是在二个机器周期进行的。鉴于此，计数脉冲 的频率不能高于振荡脉冲频率的1/24。（2）

25、定时功能定时功能也是通过计数器的计数来实现的，不过这时的计数脉冲来 自单机内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。也就是每个机器周期计数器 加1。由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为 振荡频率的1/12。如果单片机采用12MHz晶振，则计数频率为1MHz。 即每微秒计数器加1。这样不但可以根据计数值计算出定时时间，也 可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。定时器/计数器控制寄存器与定时器/计数器有关的控制寄存器有：（1）定时器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既参与中断控制又参与定时控制。其中有关定时的控 制位有四位：TF0（TF1）计数溢出标志位当计数器溢出（计满

26、）时，该位置1。使用查询方式时，此位作状 态位供查询，但应注意查询有效后应以软件方法将该位清0；使用中断方式时，此位作中断标志位，在转向中断服务程序时由硬件自动清 0。TR0（TR1）定时器运行控制位TR0（TR1）=0停止定时器/计数器工作TR0（TR1）=1启动定时器/计数器工作该位根据需要以软件方法使其置1或清0。（2）工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于控制两个定时器/计数器的工作方式。但TMOD寄存器不能位寻址，只能用字节传送设置其内容。各位定义如下：位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0从寄存器的位格式中

27、可以看出，它的低半字节定义定时器/计数器0，高半字节定义定时器/计数器1。其中：GATE门控位GATE=0以运行控制位TR0（TR1）启动定时器GATE=1以外中断请求信号（INT0或INT1）启动定时器C/T定时方式或计数方式选择位C/T=0定时工作方式C/T=1计数工作方式M1M0工作方式选择位 TOC o 1-5 h z M1M0=00方式0M1M0=01方式1M1M0=10方式2M1M0=11方式3（3）中断允许寄存器（IE）EA中断允许总控制位ET0（ET1）定时/计数中断允许控制位ET0（ET1）=0禁止定时/计数中断ET0（ET1）=1允许定时/计数中断七、8031定时器计数器工

28、作方式8031的定时器计数器共有四种工作方式，在冬枣保鲜库恒温控制系统的设计中主要应用了定时器的工作方式1，下面主要介绍方式1。方式1是16位计数结构的工作方式，计数器由低8位TL和高8 位TH构成。图3-4是定时器/计数器0在工作方式1的逻辑结构（定 时器/计数器1也与此相同）。图3-4定时器/计数器工作方式1逻辑结构如图所示，当C/T=0时，多路开关接通振荡脉冲的十二分频输出，16位计数器以此计数，这就是定时工作方式。当C/T=1时，多路开关 接通计数引脚（T0）,外部计数脉冲由引脚T0输入。当计数脉冲发生 负跳变时，计数器加1，这就是计数工作方式。不管是哪种工作方式，当TL的计数溢出时，

29、就会向TH进位，而全 部16位计数溢出时，则向计数溢出标志位TF进位。这里说明一下工作方式控制寄存器中门控位（GATE）的功能。当 GATE=0时，由于GATE信号封锁了或门，使引脚INT0无效。而这时或 门输出端的高电平状态却打开了与门，因此可以由 TR0的状态来控制 计数脉冲的接通与断开。这时如果TR0=0，则断开模拟开关，停止计 数，定时器/计数器不能工作。因此在单片机的定时或计数应用中要注 意GATE位的清0。当GATE=1，同时又TR0=1时，有关电路的或门和与门全部打开， 计数脉冲的接通与断开由外引脚INT0控制。当该信号为高电平时计数 器工作，而当该信号为低电平时计数器停止工作。

30、当为计数工作方式时，计数值的范围是：165526（ 216）当为定时工作方式时，定时时间计算公式为：（216 -计数初值）X晶振周期X 12或（216-计数初值）X机器周期其时间单位与晶振周期或机器周期相同。八、74LS373简介74LS373是八D锁存器，对于置数全部并行存取。三态输出控制、允许。其功能表如下:三态允许控制端锁存允许端D输出LHHHLHLLLLXQ 0HXXZ表 3-2 74LS373功能表EN 120Vcc1Q 2198Q74LS373的引脚如图3-5所示。1D3188D2D4177D这个八位的寄存器的特点是2Q 5167Q专为驱动大电容或相对低阻抗的3Q 6156Q3D7

31、146D负载而设计的三态输出，高阻抗4D8135D的第三状态被提高的逻辑电平驱4Q9125QGND10LE动，给这一寄存器提供如下能力：图3-574LS373引脚图即不需要接口上拉部件。在总线结构中，74LS373可以直接接到总线上，并驱动总线。对于用作缓冲寄存器、I/O通道、双向总线驱动器及工作寄存器，特别有吸引力。LS373是透明D型锁存器，即当允许端（G）为高电平时，Q 输出将随数据（。）输入。当允许端为低电平时，输出端将被锁存在已经建立起的数据电平上。九、2764EPROM存储器2764是一种8KX8位的紫外线电擦除可编程只读存储器，单一 +5V 供电，工作电流为75ma，维持电流为3

32、5ma，读出时间最大为250ns。 2764为28线双列直插式封装，其管脚配置如图3-6所示。Vcc PGM NCA8 A9 A11 OE A10 CE 070605040328 27 2625 24 23 22 21 20 19181716152764 EPROM8Kx81234567891011121314Vpp A12 A7A6 A5 A4 A3 A2 A1 A000010202GNDa0a7：地址线00o7：数据输出线CE:片选线OE:数据输出选通线PGM:编程脉冲输入端Vpp:编程电源图3-6 2764引脚图g f GND a11e d GND c dp图3-7第二节 LED显示电路

33、通常的七段LED显示块中有七个发光二极管构成，因此也称之为七段LED显示器，其排列见图3-7。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。第三节 A/D转换器一、A/D转换器概述A/D转换器用于实现模拟量到数字量的转换，按转换原理可分为四 种，即：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D 转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。双 积分A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜； 但转换速度较慢。因此这种转换器主

34、要用于速度要求不高的场合。另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D转换器 是一种速度较快，精度较高的转换器。其转换时间大约在几微秒到几 百微秒之间。在本设计中，由于控制精度的要求比较低，所以选用ADC0809作为 四路模拟采样的A/D转换器，它的转换路数、精度和价格都非常合适， 这里主要对ADC0809介绍一下。二、典型A/D转换器芯片ADC0809ADC0809型8位MOS型A/D转换器，可实现8路模拟信号的分时采 集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用的译码电 路，其转换时间为100微秒左右。其引脚图如图3-8所示：IN2 IN1 IN0 A B C ALE

35、D7 D6 D5 D4 D0 Vref() D228272625242322 21ADC08092019181716 1512345678910111213 14IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 start eoc D3 OE CLOCVcc Vref(+) gnd D1 图3-8 ADC0809引脚图对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下:IN7IN0模拟量输入通道A、B、C地址线ALE地址锁存允许信号ATART转换启动信号D7D0数据输出线OE输出允许信号CLK时钟信号EOC转换结束状态信号Vcc+5V电源Vref参考电源第四节温度检测该系统采用四个热敏电阻感知温度。它具有灵敏度

36、高、体积小、重 量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点。它是负温度特性，当 温度升高时，电阻值减小。其特性曲线时一条指数曲线，因此在使用 时要选用合适的温度范围的热敏电阻，使其温度与阻值成线形关系， 给热敏电阻通以恒定的电流，测量电阻两端就得到一个电压，再将此 电压经A/D转换变成数字量。考虑到计算调试和编程方便，取00HFFH对应05V和一15.0 C36.0 C,即0.2C变化对应数字变化量01H，调节可变电阻，使之相 对应。第五节硬件电路原理图该系统的硬件电路原理图如后两页所示。包括主电路图和键盘显 示电路图。第四章冬枣保鲜库恒温控制系统的软件设计本章主要介绍冬枣保鲜库恒温控制系统的工

37、作过程及其软件设计。第一节工作过程说明该恒温控制系统对四个采样点的温度进行采样，模/数转换后，由 主温度控制程序对采样信号和设定值比较后做出相应处理。在主程序 控制时，主处理器响应外中断0的键盘的中断请求，然后调用INT0中 断处理程序，同时定时器0开始30秒定时，相应的设定或者采样点的 温度显示处理完毕后，回到主程序，继续对系统监控。该系统是采用8位数字控制，为适应不同气候和保鲜要求，可以 方便地用键盘来设定和查询保鲜库的被控温度和控制精度，并且可对 4个温度采样点的温度进行监控和显示，在温度变化超出。因为温度 是个滞后大，不易控制的对象，所以在进行控制时，将控制精度扩大 二倍，这样执行结构

38、就不至于过于灵敏地动作，降低损耗，而且使控 制更加合理，不至于过度。当采样点温度或者库内温度超出设定值的 三倍，温度异常时，系统自动声光报警，提醒管理员检查处理。第二节 软件的有关说明内部RAM的分配堆栈区：60H被控温度设定值：30H4路温度采样点：31H, 31H, 33H, 34H被控温度精度：35H TOC o 1-5 h z 负温差量：36H正温差量：37H二倍精度：38H定时计数：39H显示缓冲单元：5FH，5EH，5DH，5CH控制参数温度控制范围：一15.0 C36.0 C可控制精度 ：0.0 C 8.0 C0.2 C变化对应数字变化量：01H键盘按键功能及温度显示四位温度显示

39、：第1位0表示温度在零上；一表示温度在零下第2、3、4位表示温度值小数点固定在第3位键盘按键功能：09，数字设定键:A,被控温度设定键:B,控制精度设定键:C,温度查询键:D,设定确认键在查询操作时0：被控温度设定键14: 4个温度采样点的代号5：控制精度键盘与显示盘面设计：键盘操作：设定被控温度，按A键，输入温度值，按D键确认设定控制精度，按B键，输入精度值，按D键确认 查询温度和控制精度，按C键，输入查询代号图4-2第三节主程序流程图及说明主程序的主要功能是在硬件系统加电复位 后，进行初始化。确立堆栈区并把显示缓冲区 指向设定值，然后对中断控制器初始化，调用 显示设定值子程序，对四个采样点

40、的温度进行 采样，模/数转换后，由主温度控制程序对采样 信号和设定值比较后做出相应处理。然后再重 复显示采样控制这三个步骤。主程序的流程图如右图4-2所示。第四节 显示子程序流程图及说明在该恒温控制系统中，采用四位LED显示器，由于没有串行数据通信的要求，而且温度显示的速度不需要高速，所以利用 8031的串行 口方式0的输出方式，在串行口外接74LS164移位寄存器，构成键盘 /显示器接口，其硬件接口电路如硬件电路图所示。在该图中下边的 4个74LS164作为8位七段显示器的静态显示口，上边的74LS164作 为键扫描输出口，8031的P3.3作为同步脉冲输出控制线。这种静态 显示方式显示器亮

41、度高，很容易做到显示不闪烁。静态显示的优点是 CPU不必频繁地为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设 计比较简单，从而使单片机有更多的时间处理其他事务。程序流程图 见下页。如图4-3所示。LED显示器在第二章已经作了详细的介绍，本重点介绍LED显示程 序。为了存放要显示的转速值，在内部RAM中设置了显示缓冲区，其单 元个数与LED显示位数相同。在本设计中，四个显示器的缓冲单元是 5FH5CH，与LED显示器的对应关系为：LED4LED3LED2LED15FH5EH5DH5CHDISPP3.3置1,开放显示输出R704H，置显示位数指向显示缓冲区单元首地址取出待显示数第五节四路模拟采样转

42、换子程序流程图及说明在该恒温控制系统中四路模拟采样是采用软件延时的方法。由于ADC0809片内无时钟，可利用8031提供ADCY )的地址锁存允许信号ALE经DiR1-31H，数据存储区首地址触发器二分频后获得，ALE脚刀(DPTR)+1,指向下一个通道的频率时8031单片机时钟频率 置A/D转换器地址，指向通道0 的1/6。单片机的频率采用6 MHz，则ALE脚的输出频率为 1MHz，再二分频后为500MHz， 恰好符合ADC0809对时钟频率 的要求。由于ADC0809具有输 出三态锁存器，其8位数据输出 引脚可直接与数据总线相连 地址译码引脚A,B,C分别与地址总线的低三位A0,A1,A

43、2相以选通IN0IN7中的一个通路。将P2.7 （地址总线最高位A15）作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时，启动进行转换。在读取转换结构时，用单片机的读信号和P2.7脚经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。分别对四路模拟信号轮流米样一次，并依次把结果转储到数据存储区。其程序流程图如右图4-4所示。第六节 主温度控制程序流程图及说明一、主温度控制程序是关系到控制是否达到要求和是否控制合理的 关键程序，在查阅了大量的温控和保鲜技术资料，我按如下

44、程序流程 图设计了该温度控制程序。在控制设计中设置了两个变量，即负温差 量和正温差量，对保鲜库的4个温度采样点的温度进行采样，与设定 值相减，其结果分别累加到正、负温差量（温差超过三倍的控制精度 则报警）。由于库里设置了空气对流设备，使库内各处的温度达到一致， 所以当正、负温差量比较后，如果差值超出控制允许的范围（程序设 定为二倍精度），则温度调节执行机构采取相应的动作，进行加温或降 温；如果未超出范围，则设备不动作，由库内的空气对流设备自行调 节，这样调节更加合理、经济。二、程序内部RAM单元分配地址：被控温度设定值：30H4路温度采样点：31H，31H，33H，34H被控温度精度：35H

45、TOC o 1-5 h z 负温差量：36H正温差量：37H二倍精度：38H其流程图如图4-5所示。第七节被控温度设定值转换程序流程图及说明SDZH )在程序中利用键盘来设定被控温取十位值，ateh)度值，但是设定的是按照用户习惯的摄氏温度，在程序处理中采用的是8(A)*32H位数字量，所以需要专用程序来转换，ROJA)故设计此子程序。在设计时，根据实际生产情况限定的温度在一15.0 C取个位值，Aj( 5DH)36.0 C的范围内，将这个范围按0.1 C(A) *05H分为510个点，故每0.2 C变化对iR0 J (A) + (R0)数字量变化01H，1C变化对应05H， q10C变化对应

46、32H，将这个变化规橄十分位值，A(5CH)设定为数字转换的单位，先判断标志 *(A) /02HR0 J A) + (R0)位，再对相应的十位、个位、十分位分别转换，最后存储。由此来设计程序。其流程图如右图4-6所示。取标志位，A- (5FH)转换结果在A中返回第八节 温度显示转换程序流程图及说明该系统程序内部处理以8位数字量进行，所以在显示时，必须要把 数字量转换为摄氏值，即显示缓冲区中的键码值。其转换原理和设定 值转化相同，只是将过程反过来而已。其流程图如图 4-7所示。第九节 键盘扫描子程序流程图及说明利用8031的串行口方式0的输出方式，在串行口外接74LS164移 位寄存器，构成键盘

47、/显示器接口， 8031的P2.6，P2.7作为键输入 线，P3.3作为同步脉冲输出控制线。其流程图如图4-8所示。第十节 键盘中断处理子程序流程图及说明该恒温控制系统在主程序控制时，不扫描键盘，程序设计时将外部 中断0定义为键盘中断，硬件设计是把外部中断0的引脚和键盘的行 线用“与”门相连，当有中断时，主程序去处理中断请求，对键盘进 行扫描，识别键码，然后做相应的处理。在外部中断0响应后，同时开30秒定时器，在30秒内完成相应的设定与查询操作，否则在定时 30秒后跳回主程序。另外，外部中断0响应后则关外部中断0，是因 为硬件电路的设计使每次键盘按键时，都与中断 0对应，转入中断处理程序，但是

48、扫描程序的设计是有中断后不断地扫描键盘，为了在操作时不引起程序的混乱，就必须把外部中断 0暂时关闭，在中断处理 程序结束后返回时，再把外部中断0开启。该键盘设计成16键，其中键05有两种功能，所以中断处理程序 比较繁复，用以下两个流程图，如图4-9来表示。N输出完否？NP2.7=0?Y抖动？输出完否？(A)=00H ?P2.6=0?是第一排键？(R7) 1=0H?NNYYNN49NYP2.6=0?r 二 4YYNR708H, R60FEH, R300H第二排有键，延迟去抖动第一排有键，延迟去抖动A(R4)+(R3)R6左移一位R4 J00HR3 (R3)+1SBUF R6等待键释放R4 J08

49、HKEYA00HSBUFM5EH (A)，显示，再扫描键盘第十一节 定时中断处理子程序流程图及说明该系统定时/计数器采用工作方式1，其最大的定时周期是131ms。软件设计在键中断处理时，如果长时间未进行正确操作，定时为30秒，则跳出中断程序返回主程序。计数器初值设 TH0为00H, TL0为00H, 再设置软件循环231次，达到30秒。其程序流程图如图4-10所示。图 4-10第十二节单片机CPU抗干扰技术在程序设计中的应用微机应用系统在工业现场使用时，有大量的干扰，当干扰作用到 CPU本身时，CPU将不能按正常状态执行程序，从而破坏程序的正常运 行。为了克服这些可能会出现的干扰，一般在进行软

50、件设计时应用指 令冗余、软件陷阱、程序实时监视系统（WATCHDOG）等抗干扰技术。 下面简要介绍一下这三种抗干扰技术。、当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程 序混乱。当程序弹飞到xx 一单字节指令时，将自动纳入正轨。但当程 序弹飞到xx 一双字节或三字节指令上时，有可能落到其操作数上，从 而继续出错。所以在 RET、RETI、ACALL、LCALL、AJMP、AJMP、LJMP、 JZ、JNZ、JC、JNC、JB、JNB、JBC、CJNE、DJNZ 等指令后插入两条 NOP 指令，可保护其后的指令不被拆散。但不能在程序中加入太多的冗余 指令，以免降低程序的效率。指令冗

51、余使弹飞到的程序安定下来是有条件的，首先弹飞到的程序 必须落到程序区，其次必须执行到冗余指令。对于这两种情况采取的 措施分别是设软件陷阱和建立程序监视系统（WATCHDOG）。所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指 定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如果把这 段程序的入口标号称为ERR的话，软件陷阱即为一条LJMP ERR指令， 为加强捕捉效果，一般在它前面加两条NOP指令，因此真正的软件陷 阱由三条指令构成：NOPNOPLJMP ERR当程序弹飞到一个临时构成的死循环时，必须应用 WATCHDOG来摆 脱死循环。WATCHDOG有如下特点：（1）本身能独

52、立工作，基本上不依赖CPU。（2）在一个固定的时间间隔中和系统打一次交道，以表明系统目前尚正常；当CPU掉入死循环后，能及时发觉并使系统复位。第五章冬枣保鲜库恒温控制系统程序调试过程调试是设计中一个必不可少的环节，是检验硬件电路的选择和软 件编制的唯一手段。只有通过调试才能不断完善硬件电路，调整软件 程序，从而完成对程序的设计，使其能真正投入使用。第一节硬件调试8031单片机应用系统经过方案的选择、硬件的设计以及软件的编 制，通常不可能一次便取得成功，也不可避免地要出现一些错误或者 不合理之处，这就要靠调试来解决。调试的顺序一般是先易后难，后 面的调试应尽可能地采用以前调试好的电路，各单元电路

53、都有调试好 后，再进行整体调试。电路调试最简单的方法是静态电压检测法，就是在电路加电后， 用万用表的直流电压档测量各点的直流电压是否达到要求，逻辑电平 是否符合电路或器件的逻辑关系；若有问题，再用万用表的电阻档测 量怀疑部位有无开路及短路等故障。另外一种调试方法是动态调试法，就是利用单片机开发装置（仿 真器）来进行调试。首先根据方案把整个系统划分为若干模块，给其 分配地址空间。对已有的电路进行改进，都必须单独调试。具体做法 是：在一块电路实验板上，按xx 一单元的实际电路图插好器件，接好 线，空出8031的位置，并在此位置上插入仿真的40芯仿真插头，检 查无误后，接上实验板电源和仿真器的电源。

54、启动仿真器，此时可用 仿真器的命令编写一段小程序，并借助于万用表和示波器等仪器来检 查电路的正确性，同时也可以修改程序的参数，调好程序的模块。在本次设计中，由于实验室的条件和经费不允许，所以未进行硬 件调试。第二节软件调试一、仿真软件介绍仿真器与计算机及应用系统连接起来，组成一个开发系统。仿真 时，仿真电缆的一头插入单片机8031的双列直插插座内，另一头接插 件直接插入仿真器的仿真接口。开发系统的构成如同简易开发设备一样，分两部分：一是通用计 算机部分（主机），二是仿真器部分。由主机执行操作系统、监控程序、 汇编及汇编程序以及高级语言的编译或解释程序、系统的诊断程序等 等。在仿真软件控制下将于

55、仿真有关的命令分解为数个微命令传送给 仿真器，并启动执行用户程序。在查询工作方式时，用户可通过 CRT 终端查询跟踪状态，这部分功能相当于通用微型机。下面主要介绍仿 真器的结构与功能。ICExplorer系列单片机仿真系统由ICExplorer仿真系统硬件与ICExplorer集成调试软件两部分组成。（一）ICExplorer单片机仿真系统硬件：ICExplorer系列单片机仿真系统硬件采用大规模在线可编程 芯片制造。将整个单片机仿真控制电路、逻辑分析仪、总线跟踪、实 时时效分析集成到大规模ispPLD芯片种，仿真CPU外旨在仿真头上， 通过更换不同的仿真头，可对各种单片机进行仿真。8位/16

56、位兼容，可仿真4位至16位单片机。采用专用仿真芯片及硬件断点技术，不占用单片机任何资源， 在用户程序运行中，可打入CTRL-C中断用户程序运行，返回监控。采用高速串口语计算机进行通信，波特率自动设置，最高波 特率可达115，200。逻辑分析仪可以实现各种复杂的组合断点和观察各种逻辑波 形及分析时序关系，总线跟踪可以跟踪程序的运行轨迹。（二）ICExplorer集成调试软件ICExplorer集成调试软件，具有编辑、汇编、编译、调试和 软件模拟等功能，所有的操作均可通过窗口和菜单的选择来完成。将 软件命令和反应程序运行的情况集中在同一屏幕上的形式，称为集成 环境，集成环境可以减少用户记忆众多命令

57、的负担，方便用户编写和 调试软件，直观地反映程序运行情况，提高软件开发的效率。支持Windows95及Windows98。编辑器可以编辑超大型源文 件（仅受硬盘大小限制）。支持汇编语言、PLM、C高级语言源程序调试。可观察数组、记录、等各种复杂变量。可进行软件模拟。该软件可以用软件模拟的方式来调试用户 编写的程序。所谓软件模拟是指用计算机模拟单片机的运行情况，而 不需要单片机仿真器硬件的支持。当软件模拟单片机的运行情况并成 功后，再用仿真器仿真调试。这种软件模拟调试功能对单片机的学习 和开发都是必不可少的。可与ICExplorer单片机仿真系统配合进行仿真，该软件也可 与ICExplorer仿

58、真器配合对单片机进行仿真，。直观地反映CPU内部 各个部分、外部程序存储器的运行情况，为用户调试程序提供准确的 调测信息。二、程序调试本次设计的所有程序均用ICExplorer调试并无语法错误。在完成 主程序和子程序流程图并检查完毕后，进行软件调试时，首先要用仿 真器编写程序，并根据提示对错误处进行修改。源程序编辑完成后， 说明指令使用正确，但这不能说明程序没有语法错误，所以还必须经 过仿真调试。在调试过程中可用设置断点、单步执行等方式，检查程 序有无错误。在调试过程中，不断对出错的地方进行修改，直到完全 通过在该软件上进行调试，其间遇到了以下问题：输入时将指令助记符或操作数输错，问题不大，仔

59、细检查后 即解决。由于用伪指令ORG设定地址时考虑不周全，所以在程序跳转时发生跳转范围出错误的现象，修改ORG起始地址后，解决了问题。附录：冬枣保鲜库恒温控制系统程序清单ORG0000HAJMPSTARTORG0003HAJMPINT0ORG000BHAJMPT0INTORG0030HSTART:MOVSP， #60H；设置外部中断请求为脉冲方式MOV30H，#4BHMOV35H，#02HMAIN:SETBIT0MOVIE， #0FFHMOVR0， #30HACALL XSZHACALL DIAPACALL ADCYACALL CONTROLAJMP MAIN；显示子程序DISP:SETBP3

60、.3；开放显示输出MOVR7，#04HMOVR0，#5FH；5FH5CH为显示缓冲单元DL0:MOVA，R0；取出要显示的数ADDA，#0DH；加上偏移量MOVCA，A+PC；查表取出字型数据MOVSBUF，A；送出显示DL1:JNBTI，DL1；输出完否？CLRTI；完，清中断标志DECR0；再取下一个数DJNZR7，DL0CLRP3.3；关闭显示器输出RETSEGTAB:DB0C0H，0F9H， 0A4H，0B0H，99H ； 0，1，2，3，4DB92H，82H， 0F8H，90H，88H； 5，6，7，8，9DB83H，0C6H， 0A1H，86H，8CH，0FFH； A，B，C，D，